1
Керамічні рекуператори
Керамічні рекуператори поширені, головним чином, в чорній металургії для крупних метало-нагрівальних печей. Тут вони майже повністю витіснили регенератори на нагрівальних колодках і сталі широко застосовуватися для різних методичних печей.
Для виконання робочих елементів керамічних рекуператорів застосовують шамот як найдешевший вогнетривкий матеріал, а також карборунд і шамотно-карборундові маси. При температурі керамічної стінки близько 1300 К коефіцієнт теплопровідності для шамота складає 1,4--1,8, а для карборунда -- 9 -- 10 Вт/(м · К). З цих матеріалів виконують в основному два типи робочих елементів керамічного рекуператора: відрізки круглих або восьмигранних труб (завдовжки до 400 мм при d = 140/108 мм) і керамічні блоки фасонів.
Мал. V.4. Трубчастий керамічний рекуператор (а) і блоковий (б).
Трубчастий керамічний рекуператор полягає по висоті з шести відрізків восьмигранних труб (мал. V.4, а). Стикові фланці цих труб сполучені плитками фасонів і утворюють шість каналів для перехресного руху повітря, що нагрівається. Блоковий керамічний рекуператор (мал. V.4, б) має, чотири канали. Блоки встановлені один на інший так, що внутрішні канали кожного блоку є продовженням каналів нижчележачого блоку. Площини примикання блоків шліфуються.
Недоліком керамічних рекуператорів є, низька газова густина.
Нещільність керамічної поверхні обумовлюється: великим числом стиків між окремими, елементами рекуператора, які не можуть повністю герметизуватися; природною пористістю (10--20%) керамічної стінки малої товщини (15--20 мм); розтріскуванням цієї стінки унаслідок градієнта температури; можливим розїданням керамічного матеріалу, розплавленим віднесенням. Перетікання нагріваємого повітря в продукти згоряння, що виходить, викликає перевантаження тягових і дуттєвих пристроїв, що знижує продуктивність пічного агрегату, а також погіршує якість горіння через брак повітря в робочій камері. Для усунення цих недоліків застосовують спеціальні схеми включення керамічних рекуператорів. По одній з них (мал. V.5, а) рекуператор приєднують до робочої камери пічного агрегату з розташуванням дуттєвого вентилятора на холодній стороні повітряного тракту. Перевагою такої схеми є мінімальна витрата електроенергії. Проте в застосуванні до керамічних рекуператорів ця схема дає величезне (до 60--70%) перетікання нагріваємого повітря, оскільки при цьому різниця тиску повітря і продуктів згоряння найбільша.
Мал. V.5. Можливі схеми включення керамічних рекуператорів:
а -- дутьєвий вентилятор на стороні колоди; б -- дуттєвий вентилятор на гарячій стороні; в -- відсмоктування повітря газоцівковим насосом.
На гарячій стороні ця різниця тиску складає
де -- кінцевий тиск повітря, рівний опору гарячих повітреводів (, включаючи і горілочний пристрій); Рп.с -- розрідження в газоході перед рекуператором, рівне опору предвключенного газового тракту.
Різниця тиску на холодній стороні рекуператора значно збільшується і складає
де Рвз -- початковий тиск дутьєвого повітря; Рп.с -- кінцеве розрідження в газах; -- повітряний опір рекуператора; -- газовий опір рекуператора.
Схема (мал. V.5, б) для зменшення різниці тиску повітря і газів передбачає включення дутьєвого вентилятора на стороні гарячого повітря. При цьому різниця тиску повітря і газів на холодній стороні знижується і складає
Різниця тиску повітря і газів на гарячій стороні.
що відповідає частковому просмоктуванню димових газів в нагріте повітря, або що визначає перетікання гарячого повітря в димові гази.
Опір гарячих повітроводів долається в даному випадку за рахунок тиску, створюваного вентилятором. Із зменшенням перетікання повітря температура нагріву повітря знижується до 600--700 К, та зате збільшується витрата електроенергії на переміщення повітря з даною температурою.
Цей недолік усувається в схемі (мал. V.5, в) застосуванням газоцівкового насоса, як який використовується, газовий-змішувач пальник підвищеного тиску при помірній стехіометричній витраті повітря. Проте застосування газоцівкових, насосів надзвичайно утруднено при спалюванні, природного газу, на 1 м3 якого потрібен 9--10 м3 повітря, і повністю виключається при мазутовому опалюванні печей.
У звязку з недостатньою газовою густиною необхідно обмежувати для керамічних рекуператорів різницю тиску повітря і газів до ?Рх.с = 150ч200 і ?Рг.с=50ч100Н/м3, а швидкість продуктів згоряє і повітря -- до 0,8--1,3 м/с для повітря (по кількості, що поступила до пальників) і 1,4--1,8 м/с для продуктів згоряння на вході в рекуператор. В цих умовах коефіцієнт теплопередачі складає 2--4 Вт/(м2 · К).
Співвідношення повітряної і газової поверхонь складає для блокових керамічних рекуператорів приблизно 2,0--2,3, а для трубчастих 1,3--1,5 при масі 1 м2 повітряної поверхні відповідно 180--200 і 120--140 кг. Таким чином, 1 м3 повітряній Поверхні керамічного рекуператора має в порівнянні із сталевими трубчастими приблизно в 5 разів меншу ефективність теплосприйняття і в 6 разів велику масу. Звідси можна зробити висновок про малу перспективність застосування керамічних рекуперативних нагрівачів дутьєвого повітря.
Установки для зовнішнього енергетичного використовування тепла газів
Обмежені можливості технологічного використовування тепла продуктів згоряє високотемпературних печей, що відходять, обумовлюють необхідність додаткового їх використовування для вироблення пари технологічного і енергетичного призначення в парогенераторах. В СРСР в 1939 р. вперше були введені в експлуатацію парогенератори з димогарними трубами. Перший парогенератор на продуктах згоряє (ПОГ), що відходять, з примусовою, циркуляцією був встановлений за мартенівською піччю в 1947 р. В цьому ж році вийшла перша серія безпаливних парогенераторів.
Установка ПОГ за мартенівськими печами дає можливість не тільки використовувати фізичне продуктів згоряє, що тепло відходять, але значно поліпшити роботу самої печі. Устаткування мартенівських печей безпаливними парогенераторами з димососной тягою сприяє скороченню тривалості плавки на 6,3--14,5% збільшенню продуктивності печі на 5,8--18%, підвищенню стійкості зведення на 10--13%, подовженню кампанії печей на 10--15% і скороченню питомої витрати технологічного палива на 2,0--5,5%.
Основним чинником, що визначає збільшення продуктивності мартенівських печей і скорочення тривалості плавки, є теплова форсировка печей, можлива завдяки запасу розрідження, який створюється димососом парогенератора.
Потужність ПОГ виражається по-різному залежно від їх застосування і призначення. Для великої групи парогенераторів, які встановлюють за мартенівськими і прокатними печами в чорній металургії, потужність прийнято обчислювати в тисячах метрів кубічних продуктів згоряє, що пропускаються через парогенератор в годину. Наприклад, мазка КУ-100, КУ-125 означає котел- утилізатор, проникний через парогенератор 100 і 125 тис. м3/ч продуктів згоряє. В деяких випадках потужність ПОГ характеризується відповідної їй технологічною потужністю виробничого агрегату. Наприклад, марки ОКГ-100 і ОКГ-250 означають охолоджувачі конверторних газів, встановлювані за конверторами для переділу чавуну місткістю 100 і 250 т. Потужність деяких ПОГ, що використовуються в кольоровій металургії і хімічній промисловості, виражає їх паровиробіток (т/год). Наприклад, марка казана УКЦМ 25/40 розшифровується так: казан утилізації для кольорової металургії паровиробітком 25 т/год, тиск пари 4 МПа.
Числення потужності парогенераторів в тоннах годинної продуктивності найбільш правильно для всіх ПОГ незалежно від області їх застосування і призначення, оскільки паровиробіток є найважливішим показником, що визначає енергетичне значення парогенератора.
Параметри пари ПОГ. Вибір параметрів пари для першої серії ПОГ грунтувався на аналізі теплового балансу металургійних заводів. Основними теплоносіями на металургійних заводах були: перегріта пара тиском 4,5 МПа з температурою 723 К (заводські ТЕЦ); перегріта пара тиском 3,3--4,0 МПа з температурою 698--723 К (доменні турбоповітродувки і турбогенератори); перегрітий .пар тиском 1,3--1,8 МПа з температурою 598--648 К (ексгаустери, парові приводи насосів і компресорів); насичена пара тиском 0,4--0,7 МПа (технологічні потреби цехів). Тому перша серія ПОГ була розрахована на наступні параметри пари: тиск 1,8--4,5 МПа і температура перегріву 598--673 К. При необхідності передбачався додатковий перегрів пари до 723--733 К в центральному пароперегрівачі на місці споживання. Пара цих параметрів, повинен був замінити пару від звичайних топочних парогенераторів. Раніше можливість такої заміни виправдовувалася.
В даний час крупні промислові ТЕЦ працюють на парі високих параметрів. Крім того, різко зросла теплова потужність більшості вогнетехничних установок. В результаті збільшилася продуктивність відносяться до них ПОГ, обчислювана десятками і навіть сотнями тонн пари в годину. В найближчі роки у звязку із збільшенням одиничної потужності типових печей і застосуванням нових комбінованих, енерготехнологічних установок, що продовжується, паровиробіток ПОГ зросте ще більше. Тому для нових найбільш могутніх ПОГ необхідне застосування високих параметрів пари порядка 10--14 МПа при 813--833 К, доповнюючих низькі і підвищені параметри, що використовуються зараз.
Класифікація ПОГ. Принципи класифікації наступні:
1. По температурі продуктів згоряння на вході в парогенератор То . По цьому параметру ПОГ діляться на низькотемпературні при Т0 < 1075--1175 К і високотемпературні при То >1375--1475 К.
Такий розподіл на дві групи, з межею між ними в області 1275 К, обумовлюється кореною зміною саме в цій області умов тепловіддачі, від продуктів згоряє (при температурі нижче 1075--1175 К переважає конвекція, а при температурі 1375--1475 К-- радіація) і зміною агрегатного стану технологічного і паливного віднесення, яке при температурі 1175--1275 К міститься в продуктах згоряє переважно в рідкому стані.
2. По параметрах пари ПОГ діляться на парогенератори низьких (1,5 МПа при 575 К), підвищених (4,5 МПа при 725 К) і високих параметрів (10--14 МПа при 825 К).
3. За способом циркуляції води ПОГ діляться на парогенератори з багатократною примусовою циркуляцією (МПЦ) і парогенератори з природною циркуляцією.
В основному застосовуються ПОГ з примусовою циркуляцією, на виготовлення яких витрачається менше металу, ніж на виготовлення парогенераторів з природною циркуляцією води. Вони більш компактні і відрізняються стійкою циркуляцією при будь-якому навантаженні. Циркуляційний насос працює з постійним числом оборотів, тому при зниженні навантаження парогенератора кратність циркуляції збільшується, а при його форсировці -- дещо зменшується. При примусовій циркуляції можна розташовувати барабан на деякій відстані від ПОГ, а також встановлювати один барабан на два або декілька парогенераторів.
Примусова циркуляція дає можливість застосовувати трубки малих діаметрів (наприклад, 32 X 3 мм), для яких коефіцієнт теплопередачі конвекцією в 1,5 рази більше, ніж для звичайно вживаних при природній циркуляції кипятильних труб діаметром 83 мм Це особливо важливо для низькотемпературних ПОГ, в яких вирішальне, значення має конвективний теплообмін.
Недоліком ПОГ з примусовою циркуляцією є залежність надійності його експлуатації від джерел електропостачання.
Безтопливні парогенератори з природною циркуляцією мають обмежену інтенсивність паротворення, особливо при низькому питомому теплоспрйнятті випарної, системи, і непридатні для мінімальних навантажень, близьких до розпалювальних або гарячому резерву (менше 20--30%).
4. За конструктивним принципом ПОГ діляться на змієвикові, конвективні і радіаційно-конвективні парогенератори. Крім того, ПОГ бувають П - образної форми, баштового і горизонтально-тунельного типів.
ПОГ першої групи встановлюють переважно за ванними регенеративними і камерними рекуперативними печами в чорній металургії (мартенівські і методичні печі, нагрівальні колодязі), а також в хімічній промисловості (печі з киплячим шаром і ін.). До цієї ж групи відносяться установки сухого гасіння коксу.
ПОГ другої групи встановлюють за відбивними печами в кольоровій металургії (плавильними, рафінувальними і шлаковозгоночними). Вони входять також до складу циклонних енерготехнологічних установок, освоюваних в хімічній промисловості і кольоровій металургії; До цієї ж групи відносяться, і конверторні парогенератори, встановлювані за сталеплавильними конверторами.
Теплотехнічні особливості низькотемпературних парогенераторів
Особливості низькотемпературних парогенераторів визначаються великим пропусканням продуктів згоряє на одиницю виробленої пари D. Відношення знаходиться в прямій залежності від температури продуктів згоряє на вході в ПОГ Т0:
То, К 925--875 1125--1075 1525-1975 Парогенератори з автономним спалюванням палива
, м3/кг 6--8 3--3,5 2,0--2,5 1,2--1,5
Відношення робить вплив на послідовність включення і відносний розвиток тепловикористовуючих елементів; допустиме охолоджування продуктів згоряє, можливість і шляхи інтенсифікації теплосприйняття.
Мал. VI.1. Послідовність включення тепловикористовуючих елементів деяких низькотемпературних ДОГ: 1- пароперегрівач; 2 -- випарні пакети; 3 -- барабан-сепаратор; 4 -- економайзер.
Послідовність включення тепловикористовуючих елементів деяких низькотемпературних ПОГ, що знаходяться в експлуатації, показана на мал. VI. 1. Першим по ходу продуктів, згоряє повинен включатися пароперівач, оскільки при То = 1075ч1175 К для забезпечення навіть помірного (до 675--725 К) перегріву пари потрібен значне, розвиток поверхні пароперегрівач, незважаючи на. високе значення відношення .
Мал. VI.2. Послідовність включення(а) і графік розподілу температур (б) в низькотемпературних ПОГ.
Додаткове охолоджування продуктів згоряє, забезпечуване водяним економайзером, вельми трохи, оскільки воно визначається величиною
(VI.1.)
Відношення залежить від То і різко знижується при зменшенні То. Тому іноді (наприклад, при використовувань невеликої кількості низькотемпературних продуктів згоряє) водяний економайзер до складу казана не включають, оскільки при цьому тепловикористовуюча установка істотно спрощується, а її економічність знижується трохи.
Кінцеве охолоджування продуктів згоряє, здійснюване в низькотемпературному ПОГ, включеному по схемі мал. VI.2, а, безпосередньо залежить від відношення , тобто від величини То, а також від тиску пари, яка виробляється. Користуючись графіком розподілу температур (мал. VІ. 2, б), можна визначити, температуру продуктів згоряє, що йдуть
(VI. 2)
В цьому рівнянні прийнятий граничний нагрів живильної води Тп.в = Тн.в -- Тп.в ; -- мінімальна (економічно виправдана) різниця температур продуктів згоряє і води, тобто мінімальний температурний натиск в крапці, де вода нагрілася до Тн.в і почалося паротворення. Орієнтовно можна вважати К. Аналіз рівняння (VI.2) показує, що:
а) в низькотемпературних ПОГ, в яких використовування тепла завершується у водяному економайзері, температура продуктів згоряє, що відходять, обернено пропорційна величині То;
б) при однаковій кількості підведеного тепла до низькотемпературного ПОГ і до .парогенератору з автономним спалюванням, палива к. і. т.в ПОГ завжди менше ніж в парогенераторі з автономним спалюванням палива і тим менше ніж більше відношення тобто чим нижче То. Наприклад, к. і. т. в низькотемпературному ПОГ складає 0,5--0,6, а в парогенераторі з автономним спалюванням палива -- 0,8--0,9.
Прагнення до зниження в низькотемпературних ПОГ приводить до погіршення його показників:
,К 525 500 475 450 425
D, т/год 5,2 5,8 6,3 6,8 7,3
F, м3 400 500 700 1000 1650
Збільшення паровиробництва D на 40% приводить до збільшення поверхні нагріву парогенератора на 300%. Такий шлях підвищення до. і. т. в низькотемпературному ПОГ неекономічний, а отже, непридатний.
Підвищення тиску пари і температури живильної води, що виробляється, що дає зменшення ?ТП.В, викликає необхідність відповідного збільшення , тобто веде до зниження до. і. т. низькотемпературного ПОГ. Таким чином, теплова економічність ПОГ опиняється в суперечності з ефективністю електроенергетичного використовування що виробляється їм пари, залежною від тиску пари і глибини регенеративного нагріву живильної води добірною парою турбіни. Тим самим зумовлюється використовування низькотемпературних ПОГ для покриттів переважно виробничо-технологічного, теплового навантаження.
Інтенсифікація теплосприйняття в низькотемпературних ПОГ можлива шляхом підвищення швидкості продуктів згоряє і зменшення діаметра труб парогенератора. Підвищення швидкості обмежується збільшенням газового опору і власної витрати потужності на димосос. Це обмеження має особливо важливе значення для низькотемпературних ПОГ, що працюють при великих значеннях , оскільки споживана потужність димососом пропорційна , а потужність, що виробляється парогенератором, -- його паровиробництву DУ. Саме тому в низькотемпературних ПОГ на дымосос витрачається до 10--15% еквівалентної їм електричної потужності, що приблизно в 8--10 разів перевищує власну витрату енергії на подолання опору в парогенераторах з автономним спалюванням палива.
Збільшення опору у звязку із збільшенням швидкості продуктів згоряє визначає значення економічно виправданої швидкості продуктів згоряє. Для умов енергетики СРСР ця швидкість знаходиться в межах 5--8 м/с при подовжньому і 2--3 м/с при поперечному струмі теплоносія (нормальні фізичні умови).
При зменшенні діаметра нагрівальних труб коефіцієнт конвективної тепловіддачі підвищується пропорційно, діаметру в ступені (n -- 1). Тому цей напрям інтенсифікації тепловіддачі найбільш результативно для поперечний омиваних пучків труб, для яких показник ступеня п у числа Рейнольдса рівний 6,6--0,64.
Відзначимо, що при зменшенні діаметра труб і незмінних інших умов роботи нагрівальної системи її газовий опір не підвищується, а знижується пропорційно зростанню коефіцієнта конвективної тепловіддачі. Тому для низькотемпературних ПОГ, що працюють при великих значеннях , застосовують нагрівальні труби малого діаметра. Наприклад, при поперечному обмиванні пучків труб продуктами згоряє застосовують кипятильні труби діаметра 25--32 мм при середній швидкості продуктів згоряє 2--3 м/с.
Мал. VI.3. Схема централізованої установки парогенератора КУ-40 за групою пічних агрегатів:
1 -- випарні змійовики пічних агрегатів (№ I--4); 2 -- фільтри парогенератор ний вода; 3 -- барабан-сепаратор; 4 -- циркуляційні насоси; 5 -- центральний пароперегрівач; 6 -- топочний пристрій.
Застосування труб малого діаметра не слід жорстко повязувати з тісним їх розташуванням, що допустимо тільки при чистих продуктах згоряє. При підвищеному вмісті віднесення, особливо дрібнодисперсного, малий діаметр труб потрібно поєднувати з достатньо великими відносними кроками.
Застосування для ПОГ поверхонь нагріву поперечний омиваних продуктами згоряє труб малого, діаметра зумовлює змієвикову їх компоновку і примусовий рух робочого тіла -- пароводяної суміші. Парогенератори змієвикового. типа з багатократною примусовою циркуляцією (МПЦ), встановлювані за мартенівськими і нагрівальними печами, мають наступні експлуатаційні переваги:
Можливість надійної роботи при великому (200--500 мг/л) солевмісті живильної води.
Можливість надійної роботи при різко змінному навантаженні, оскільки швидкість примусової циркуляції не залежить від навантаження парогенератора.
Все це дало можливість широко застосовувати парогенератори МПЦ в якості парогенераторів для різних промислових печей. Перша серія бестопливних парогенераторів (КУ-80, КУ-60 КУ-50, КУ-40) була виготовлена Таганрогським котлобудівельним заводом.
Серед цієї серії особливе місце займає КУ-40, призначений для централізованої установки за групою пічних агрегатів невеликої продуктивності (мал. VI.3). В ньому парогенератори декількох пічних агрегатів зєднані в один блок. Випарні змійовики кожного пічного агрегату приєднані до одного барабана і обслуговуються загальній циркуляційною і живильною установками КУ-40 складається тільки з випарних змійовиків, розташованих в двох вертикальних газоходах.
Слід підкреслити, що установка (мал. VI.3) більш доцільна, ніж використовування в централізованій випарній системі продуктів, згоряє від декількох пічних агрегатів, оскільки при цьому неминучі присоси в розвинутих сполучних газоходах.
Уніфіковані парогенератори на газах
В даний час промисловість випускає нову серію ПОГ підвищених параметрів КУ-125, КУ-100--1, КУ-80--3, КУ-60--2. Всі вони розраховані на пропуск відповідно 125, 100, 80, 60 тис. м3 продуктів згоряє в годину з початковою температурою 1125--925 К і призначені для вироблення пари тиском 4,5, і 1,8 МПа при температурі 650--675 К. Парогенератори можуть працювати в комплексі з випарним охолоджуванням печей або тільки для використовування фізичного тепла йдуть, з печей продуктів згоряє.
Розглянемо принципову схему парогенератора уніфікованої серії КУ-125 (мал. VI.4, а). Випарна частина, парогенератора складається з трьох секцій 3, 4 і 6, включених послідовно по потоку продуктів згоряє і паралельно по воді парогенератора , що подається циркуляційними насосами.
Співвідношення довжин змійовиків кожної секції підбирається так, щоб гідравлічний опір їх був однаковим. Рахуючи кратність циркуляції для всіх секцій незмінної, можна цю умову виразити у вигляді:
,
де l1, l2, l3 -- відповідно довжина змійовиків першої, другої і третьої секцій; D1 D2 і D3 -- їх паровиробництво (мал. VI.4, б).
Розподіл випарної системи парогенератора на дві-три секції, включені по воді парогенератора паралельно, дозволяє в 6--8 разів понизити необхідний тиск і потужність циркуляційних насосів. Подальше дроблення випарної системи дає незначне зменшення потужності. Всі поверхні нагріву ПОГ набрані з труб діаметром 32 X 3 мм за винятком пароперегрівача 5, розрахованого на тиск 1,8 МПа, який виготовляється з труб діаметром 38 х 3 мм. Змійовики випарних пакетів звичайні одноплощинні, змійовик же водяного економайзера 7 зігнутий по схемі «висхідної змійки». Внутрішній діаметр барабана для парогенераторів уніфікованої серії всіх типорозмірів рівний 1508 мм і залежно від тиску (4,6 і 1,8 МПа) відрізняється завтовшки стінки (36 і 16 мм). В парогенераторах КУ-125 передбачений пристрій внутрішньобарабанної сепарації 2- циклонного типу. Пароводяна суміш підводиться до циклонів. У верхній частині барабана встановлюється перфорована парозабірна труба і дірчастий стельовий щит. Напруга парового обєму барабана при тиску 4,5 МПа розраховано на 300 м3/м3, а при 1,8 МПа --до 600 м3/м3.
Мал. VI.4. Принципова схема парогенератора уніфікованої серії КУ-125:
а -- послідовність включення тепловикористовуючих елементів; б -- графік паровиробництва.
Корпус парогенератора, що є кожухом газоходу, в якому розміщені змієвикові поверхні нагріву, в зоні високих температур (понад 675-725 К) виготовляється із сталевого листа (д=6 мм) з внутрішньою футеровкою легковагою шамотною цеглою. Решта газоходів виконується із сталевих листів (д=5 мм), що сполучаються на зварці, з відповідними профілями жорсткості і зовнішньою тепловою ізоляцією. Для сприйняття теплових подовжень окремих ділянок корпусу служать компенсатори сальникового типу.
Конструктивні і розрахункові характеристики уніфікованої серії ПОГ приведені в табл. 7 і 8. додатки.
Основні техніко-економічні показники низькотемпературних ПОГ невисокі:
Паронапруга поверхонь нагріву
= 14ч20кг/(м2·год)
Витрата металу, що працює під тиском для вироблення 1 кг пари
= 2,3ч2,4 кг/кг
Енергетичний к. і. т. зэн = 35ч38 %
Це пояснюється тим, що розглянуті ПОГ є механічним придатком до існуючих технологічних агрегатів і тому встановлюються в зоні низьких температур за регенераторами або рекуператорами високотемпературних печей. При переміщенні парогенератора в зону більш високих температур продуктів згоряє ці недоліки значною мірою усуваються.
Парогенератори на газах з повітрепідігрівачами
В попередньому параграфі розглянуто розташування тепловикористовуючих елементів по схемі пекти -- рекуператор (регенератор) -- парогенератор. В цій схемі кінцевою ланкою тепловикористовуючої системи є парогенератор, що працює при То == 775 ч 975 К і нижче залежно від величини присосів в свинях
Мал. VI.5. Схема комплексного використовувань тепла охолоджування Конструктивних елементів печі й фізичного тепла продуктів згоряє, що відходять: 1 -- роздаточно-сборний бак технічної води; 2 -- циркуляційні насоси; 3 -- барабан-сепаратор; 4 -- парогенератор на газах, що відходять; 5 -- водяний економайзер; 6 -- другий випарний пакет; 7 -- пароперегрівач; 8 -- перший випарний пакет; 9 -- воздухоподігрівач; 10 -- опорні труби печі: 11 -- подовжні труби від печі до парогенератора.
При роботі печей на газі з підвищеною теплотою згоряє і необхідності помірного підігріву повітря для спалювання палива в печах (675--725 К) найвигіднішої є енерготехнологічна схема піч--парогенератор -- рекуператор. Рекуператор виконується із звичайної вуглецевої сталі і комплектно поставляється разом з парогенератором заводом-виготівником.
Переміщення парогенератора в зону більш високих температур (1300--1600 К) і включення системи випарного охолоджування печі в контур циркуляції парогенератора створюють сприятливі умови для ефективного топливовикористання (мал. VI.5).
В енерготехнологічній схемі
1. Спрощується конструкція печі, скорочується обєм будівельно-монтажних робіт технологічного агрегату.
Мал. VI.6. Залежність основних показників роботи ПОГ від температури продуктів, згоряє на вході в парогенератор: 1 -- питома витрата металу; 2 -- сумарна паровиробіток; 3-- паронапруга; 4 -- п питома витрата продуктів згоряє.
Ліквідовуються обмеження по параметрах пари -- практично можливе вироблення пари будь-яких енергетичних параметрів.
Знижуються втрати тепла з продуктами згоряє, що йдуть , і сумарний до. і. т. установки підвищується до 80%.
4. Значно підвищуються всі техніко-экономічні показники роботи тепловикористовуючих пристроїв, збільшується надійність їх експлуатації.
На мал.. VI.6 показана залежність основних показників роботи ПОГ від температури продуктів згоряє на вході в парогенератор T0. .
Переваги енерготехнологічного розміщення ПОГ можна побачити з наступного наближеного аналізу.
Рівняння теплопередачі: для ПОГ, розміщеного в кінці тракту продуктів згоряє
(VI.3)
2 для ПОГ з повітропідігрівачами (див. рис, VI.7)
(VI.4)
Звідси
(VI .5)
Зміна ?T:
(VI.6)
де Т і Т" -- температури продуктів згоряє на вході в пароводяну частину парогенератора і на виході з неї; ТК1 і ТК2 -- середня температура пари, в парогенераторі.
При однакових В, Vп.с і рівняння теплових балансів
(VI.7)
(VI.8)
При умові з цих рівнянь виходить
(VI.9)
Підставивши значення Q і ?T з рівнянь (VI.9) і (VI.6) в рівняння (VI.5) при , отримаємо
(VI .10) .
Паронапруга поверхонь нагріву кг/(м2 · год) визначиться на підставі рівнянь (VI.9 і VI. 10). Тоді
(VI.11)
або на підставі (VI.9, VI.И) при К1 = К2
(VI.12)
Дійсно, з рівнянь (VI.3) і (VI 4) при на підставі (VI.9)
(VI.13)
Для наближеної оцінки порядку величин в приведених формулах використовуються розрахункові дані парогенератора КУ-80, встановленого в кінці тракту продуктів згоряє, і ПОГ з повітропідігрівачами в схемі піч-- парогенератор--рекуператор: КУ-80 --Т1 = 920 K; Т1 = 500 K; Т1 = Т2 = 470 К; ПОГ з воздухоподогревателями - Т2= 1470 К; Твз= 673 К; Tух = 450 К; зВП = 0,95; природний газ--
1. Температура продуктів згоряє за економайзером
2. Зміна паровиробництва по рівнянню VI.9
3. Відношення поверхонь нагріву при К1 = К2 по рівнянню (VI.10)
4. Зміна паронапруження поверхонь нагріву по рівнянню (VI 13)
по, рівнянню (VI. 12) .
Отримані значення справедливі при і
. (VI.14) .
де -- відповідно середня температура води в економайзері, води у випарних пакетах і пари в пароперегрівачі.
Слід мати на увазі, що отримані дані необхідно уточнити, чи відповідають вони дійсним параметрам пари, умовам компоновки поверхонь нагреву і теплопередачі в окремих елементах і в цілому парогенераторі.
Отримані наближені дані свідчать про безперечні переваги ПОГ, включені по енерготехнологічній схемі. При роботі печей на газі із зниженою теплотою згоряє і для реверсивно-регенеративних сталеплавильних печей схема включення елементів системи пічного агрегату може бути наступний: лягти -- високотемпературний ступінь повітропідігрівача (ВП-2) -- парогенератор -- низькотемпературний ступінь повітропідігрівача (ВП-1) Для сталеплавильних печей повітропідігрівач має, два ступені; предвключений парогенератору цегляний регенератор або керамічний рекуператор, розрахований на підігрів повітря ют 675--725 К до технологічно необхідної температури, і металевий рекуператор, в якому повітря спочатку нагрівається до 675--725 К.
Парогенератор з воздухопідігрівачами має П-образну форму з багатократною примусовою циркуляцією води. В контур циркуляції включена система, випарного охолоджуванні печі. В підйомному газоході (мал. VI.7) послідовно розташовані: перший випарний пакет 7, паропідігрівач б , другий - випарний пакет 5 і економайзер 4. Обидва випарні пакети включено по воді паралельно. В опускному газоході розміщений трубчастий сталевий повітропідігрівач 10. Циркуляційна вода подається циркуляційним насосом 1 через шламоуловитель 2 у випарні поверхні. Сепарація пари відбувається в барабані 3. Між обома газоходами розташований перепускний газохід 9 для підведення частини продуктів згоряє з печі безпосередньо у повітропідігрівача.
Мал. VI.7. Схема ПОГ з повітропідігрівачами.
На випадок аварії пароводяна частина парогенератора відключається від потоку продуктів згоряє шиберами 8, розташованими до і після пароводяній частині парогенератора. При подачі продуктів згоряє в перепускний газохід 9 зниження їх температури, що забезпечує нормальну роботу повітропідігрівача, досягається, рециркуляціфєю частини що йдуть з парогенератора продуктів згоряє або присадкою холодного повітря.
Фізичне тепло відходять, з печі продуктів згоряє використовується в парогенераторі для вироблення пари заданих параметрів, для підігріву живильної води до температури насичення і перегріву пари СИО, а також для нагріву повітря до необхідної температури у повітропідігрівачі в кількості, необхідній для спалювання палива в печі.
Пароворобництво пароутворюючої частини парогенератора Dпог. Визначається по формулі
де ц -- коефіцієнт, враховує теплоотвод в оточуючу середовище; Qр -- фізичне тепло продуктів згоряє на вході в парогенератор, кДж/год; -- тепло., що витрачається в парогенераторі для нагріву живильної води до температури насичення і перегрів,.пара системи, випарного охолоджування, кДж/год; QВЗ -- . тепло, що витрачається в парогенераторі для нагріву повітря з урахуванням витоків повітря і втрати тепла до печі, кДж/год; QB3 = VB3 ((); iп.п.-- ентальпія перегрітої пари, кДж/кг; іп.в. -- ентальпія живильної води, кДж/кг; ін.в. -- ентальпія води при температурі насичення, кДж/кг. Додатково до цієї формули
де Vп.с. -- витрата продуктів згоряє, м3/год; І0 -- ентальпія продуктів згоряє на вході в парогенератор, кДж/м3; Іух -- ентальпія продуктів згоряє на виході з парогенератора, кДж/м3; Іпр -- ентальпія підсмоктуваного повітря на 1 м3 продуктів згоряє, кДж/м3.
де Dпи.о.-- середнє паровиробництво системи випарного охолоджування печі, кг/год; Ін.п. - ентальпія насиченої пари, кДж/кг; Р -- відсоток продування ПОГ.
де ?бпог -- присоси повітря в ПОГ; -- теоретична витрата повітря для спалювання 1 м3 палива, м3/м3; iх.вз -- ентальпія підсмоктуваного холодного повітря; кДж/м3.
Сумарна средньочасове паровиробництво установки з комплексним використовуванням тепла що відходять з печі продуктів згоряє і тепла охолоджування конструктивних елементів печі
(VI.15)
Мал. VI.8. Схема ПОГ башерного типу.
ПОГ баштового типа встановлюють безпосередньо на прокатній печі. Переваги парогенератора наступні:
1. Відпадає необхідність в споруді довгих, громіздких і дорогих свиней від печі до парогенератора, а також повязані з цим тепловідвід в оточуючу середовище і зниження температури продуктів згоряє через великі присоси повітря по цьому тракту.
2. Відпадає необхідність в споруді спеціальної будівлі для розміщення парогенераторів.
3. Завдяки відсутності свиней значно спрощується компоновка устаткування, що розташовується під печами; звільняється багато місця для розміщення насосних станцій і устаткування системи випарного охолоджування.
4. Значно скорочуються витрати на капітальне будівництво, обєм і терміни будівельних і монтажних робіт.
Поверхні нагріву ПОГ баштового типу (мал. VI.8) розташовані в такій послідовності: перший випарний пакет 2, паронагоівач 3, другий випарний пакет 4, водяний економайзер 5, повітрепідігрівач 6. При роботі парогенератора продукти згоряння димососом 8 віддаляються в атмосферу через димар 7. Сепарація пари відбувається в барабані 1. Нагріте повітря подається в повітропроводи 10, а потім в піч 11. У разі відключення парогенератора продукти згоряє з печі відводяться в атмосферу через перепускний газохід 9 і димар 7, минувши димосос 5.
ПОГ баштового типа має кращі, техніко-економічні показники (табл. VI. 1) в порівнянні з іншими парогенераторами.
Парогенератори на газах, що відходять, в кольоровій металургії
При раціональному використовуванні фізичного тепла газів печей кольорової металургії, що відходять, значний економічний ефект визначається часто не. стільки кількістю використаного тепла, скільки поліпшенням технологічних показників печей. Поданим ВНІІМТа продуктивність відбивної печі при роботі на дутьєвому повітрі, нагрітому до 600--800 К, можна, збільшити на 18--20% в порівнянні з роботою на холодному повітрі.
Можливе використовування тепла газів для внутрішнього споживання (підігріву дутьєвого повітря) печей кольорової металургії., складає близько 30--40%. Решта кількості тепла використовується для зовнішнього споживання -- вироблення пари електроенергетичного призначення в парогенераторах ПОГ.
В кольоровій металургії найбільше розповсюдження отримали парогенератори, встановлені, зокрема, за відбивними мідеплавильними печами.
Деякі типи енергетичних, парогенераторів, чотирьох і трьохбарабанні парогенератори ЛМЗ, ТП-50--39Ф а ін., встановлені за відбивними печами, а також спеціально сконструйовані парогенератори для печей кольорової металургії (УКДМ різних типорозмірів) виявилися ненадійними в експлуатації.. Одна з головних причин цього полягає в тому, що конструкції названих парогенераторів не враховують особливостей газів печей кольорової металургії, що відходять (див. розділ IV). Ці особливості були враховані при розробці конструкції нового тунельного парогенератора на газах, що відходять .
Тунельний парогенератор характеризується:
1. Прямоточним рухом газів, горизонтальним, що досягається розташуванням тунельного парогенератора.
2. Малими швидкостями руху газу (0,5--1,5 м/с), причому швидкість тим менше ніж більше запорошена газового потоку мелкодисперсним винесенням.
3. Наявністю радіаційної камери достатнього розміру для забезпечення охолоджування винесення перед конвективними ширмовими поверхнями до температур їх твердої фази.
Подовжнім обмиванням газами конвективних ширмових поверхонь нагріву, що знаходяться за радіаційною камерою. Відстань між ширмами S1= 0,6 ч0,3 м, S2 = 1,2ч1,3 м.
Тиском пари в парогенераторі не нижче 4 МПа щоб уникнути сірнокислотної корозії поверхонь нагріву.
В даний час створена уніфікована серія тунельних парогенераторів для основних переділів кольорової металургії.
Тунельні парогенератори за відбивними печами (ТОП). Парогенератори типу ТОП 50/40 (мал. VI..9) включають радіаційну, камеру охолоджування. Камера є витягнутим в довжину газохід прямокутного перетину, всі грані якого екрановані радіаційними поверхнями 1: бічні стіни -- випарними ширмами 3, виконаними у вигляді блоків, потовк -- трубами пароперегрівача. В нижній частині радіаційної камери встановлені водоохолоджувані бункери, до зовнішньої поверхні яких приварені охолоджувані живильною водою труби. Вода, що поступає в ці труби, підігрівається в розташованому усередині барабана парогенератора поверхневому підігрівачі з таким . розрахунком, щоб температура стінок бункерів складала приблизно 500 К, що повинне виключити небезпеку сірнокислотної корозії.
Передній торець камери не екранований, а у верхній частині його розміщується щит, на якому встановлюють вибухові клапани і розпалювальні пальники. На виході з радіаційної камери розташовані конвективні поверхні у вигляді ширм, випарного охолоджування. Рух робочого тіла в ширмах, як і в екранах радіаційної камери спрацьовує за принципом природної циркуляції. За випарними ширмами в розтин встановлений двухступінчатий ширмовий 2 з труб, діаметр і крок яких відповідають вибраній швидкості повітря, що підігрівається, усередині труб. В розтин між двома ступенями воздухопідігрівача встановлені випарні ширми із заданим кроком. Бункери під конвективними поверхнями нагріву неохолоджувані.
Температура перегріву пари складає 560--600 К. Дальнійше підвищення необхідної температури здійснюється в центральному пароперегрівачі з автономним спалюванням палива. Всі поверхні нагріву парогенератора вільно підвішуються до стельового перекриття, яке, у свою чергу, кріпиться до ферм перекриття.
Для парогенераторів типу ТОП передбачена система ударного очищення, приводні штанги якої прикріплені знизу до нижніх колекторів випарних ширм. Над стельовим, перекриттям встановлений барабан для сепарації пари з внутрішньобарабанним пристроєм.
Незначний газовий опір парогенератора дає можливість понизити підсоси повітря, подавати на сірнокислотне виробництво чисті гази і цим збільшити виробництво сірчаної кислоти і різко понизити викид в атмосферу сірчистого ангідриду і кольорових металів.
Основні параметри, і розрахунково-конструктивні характеристики парогенераторів типу ТОП приведені в додатку (табл. 9). В парогенераторах, призначених для інших переділів, витримуються загальні принципи, прийняті для ТОП, проте їм властиві відмінності, повязані з особливостями конкретного переділу. Білгородський завод енергетичного машинобудування випускає для кольорової металургії тунельні парогенератори, встановлювані за печами киснево-факельної плавки типу ТФП; тунельні парогенератори за конверторами типу TKII. Деякі характеристики цих ПОГ приведені в додатку (табл. 10).
Парогенератори на конверторних газах
Охолоджування і очищення конверторних газів, що виділяються при кисневому продуванні, є технологічною необхідністю киснево-конверторного виробництва сталі. За способом відведення і охолоджування, а також використовуванню конверторних газів всі системи можна класифікувати так:
а) охолоджування газів розбавленням їх охолоджуючими агентами (повітря, пара, вода);
б) відведення газів з конвертора з повним допалюванням СО;
в) відведення газів з обмеженням доступу, повітря і без допалювання або з частковим допалюванням СО;
г) охолоджування газів з використанням фізичного і хімічного тепла газів або без використовування тепла газів.
Охолоджувачів конверторних газів за способом передачі тепла прийнято ділити на радіаційно-конвективні і радіаційні.
Охолоджування конверторних газів підмішуванням холодного повітря повязано з великими витратами електроенергії для видалення газоповітряної суміші і втратою значної кількості тепла. Для зниження температури газів з конвертора 100--130 т без спалювання СО необхідна кількість повітря для розбавлення складає 25 м3/с. При рівномірному перемішуванні газу з повітрям концентрація СО в суміші складає 7,15%, що набагато менше значень нижньої граничної суміші для СО (12,5%). Проте уникнути вибухонебезпечних локальних концентрацій практично неможливо, тому доводиться допалювати . При цьому витрата повітря складає близько 140 м3/с, потужність електродвигунів димососів за газоочисткою для видалення газоповітряної суміші досягає 5000 кВт.
Мал. VI.11. Теплова схема енергокомплексу конверторного цеху з пароперетворювачами та тепловими акумуляторами:
1 - охолоджувачі конденсату; 2 -- деаератор; 3 -- охолоджувач конденсату, 1 ступінь; 4 -- пароперетворювачі; 5 - парові акумулятори; 6 - барабан-сепаратор; 7 -- парогенератор.
Установка водоохолоджуваних камінів з уприскуванням води в газовий обєм повязана з великою витратою води. (12--15 м3 на 1 т сталі, що виплавляється), спорудою громіздкого парогазовідвідного тракту і повною втратою всього тепла газів. Отже, розглянуті способи відведення і охолоджування конверторних газів не раціональні.
В охолоджувачах конверторних газів, вживаних на металургійних заводах СРСР, використовування тепла здійснюється шляхом вироблення пари технологічних або енергетичних параметрів.
Мал. VI. 10. Принципові схеми деяких ОКГ:
а -- ОКГ фірми Вагнер -- Бірс; б -- ОКГ-100--2; в -- ОКГ-100--3; г -- ОКГ-3--Б; д -- ВОКГ-130; 1-- конвертор;2 -- муфта; 3 -- знімна частина газоходу; 4 -- ОКГ; 5 - димова труба; 6 --димосос; 7-- краплевловлювач; 8 --газоочистка; 9 -- газопровід; 10-- кесон; 11 -- екранований газовідвід; 12 -- скруббер.
Вибір системи охолоджування визначається техніко-економічними розрахунками з урахуванням всіх конкретних умов даного виробництва..
В системі охолоджування з використанням тепла газів як охолоджувач застосовують в основному парові радіаціонно-конвективні парогенератори з МПЦ. Радіаційно-конвективні охолоджувачі конверторних газів (ОКГ) є однобарабанними, вертикально-водотрубними і мають П-образну форму. Широко, застосовуються ОКГ-100--2, ОКГ-100--2Р, ОКГ-100--3, ОКГ-100--ЗР, ОКГ-100--За і ОКГ-100--36. Цифри біля буквених позначень показують місткість конвертора, і порядковий номер, конструкції. Марки ОКГ-100--2 і ОКГ-100--2Р розраховані на спалювання 27000 м3/год конверторного газу, ОКГ-100--3, ОКГ-100--ЗР; ОКГ-100--За і ОКГ-100--3б на спалювання 40 000 м3/год.
На мал. VI.10 приведені принципові схеми деяких ОКГ. По конструктивних і теплотехнічних характеристиках (див. табл. 11, 13 додатки) ОКГ розділяють на три групи: змієвикові пакети з шаховим розташуванням труб (ОКГ-100--2; ОКГ-100--2Р; ОКГ-100--3; ОКГ-100--За; ОКГ-100--3б), змієвикові пакети з коридорним розташуванням труб (ОКГ фірми Вагнер -- Біро) і з коридорно-ширмовим розположенням труб (ОКГ-100--ЗР).
Мал. VI .12. Теплова схема енергокомплексу конверторного цеху з виносними пароперегріваачі і тепловими акумуляторами:
1-- парові акумулятори; 2 -- розрядна станція; 3 -- зарядна станція; 4 -- пароперегррівач; 5 -- барабан-сепаратор; 6 - парогенератор; 7 - підігрівач хімічно обчищеної води; 8 - деаератори.
Нижня частина газоприймального ковпака парогенераторів фірми Вагнер-- Біро і нижня частина підйомного газоходу парогенератора ОКГ-100--36 виконана знімними відкотами з самостійним, контуром циркуляції. У всіх вітчизняних ОКГ передбачена двухступінчата схема випаровування: в «чистий відсік» включені всі екранні поверхні нагріву, а в «сольовій» конвективні випарювальні поверхні нагріву. В нижній частині підйомного газоходу розташовані отвори для введення сипких матеріалів, проходу кисневої фурми і сопел гострого дуття. Для цього у відповідних місцях виконані розводки екранних труб. Сепарація у всіх казанах здійснюється у внутрішньобарабанних циклонах. Обмурівка підйомного газоходу натрубна, навісна; перехідного і опускного газоходів -- щитова.
Мал. VI.13. Графік зміни витрати живильної .воды 1, насиченої пари 2 (а) і тиск пари в барабані (б) за продування.
Вживані в СРСР установки для використовування фізичного і хімічного теплоконверторних газів призначається для вироблення насиченої пари. На одних заводах насичена пара тиском 2,5 МПа циклічно поступає в парові акумулятори постійного обєму. Звідси пара зниженого тиску безперервно відводиться або безпосередньо в заводські парові магістралі; на технологічні потреби, або в парозмінювачі для вироблення вторинної пари, що використовується також для технологічних потреб заводу (мал. VI.11). На інших заводах постійна кількість пари тиском 4,7 МПа прямує через центральний пароперегрівачі на турбо або пароповітряні станції. Пікове вироблення пари парогенераторами поступає в парові акумулятори, а потім пара зниженого тиску відводиться, в заводські магістралі (мал. VI. 12).
Мал. V1.I4. Схем ...........
Страницы: [1] | 2 |
|
